發(fā)布時(shí)間：2024-06-10 22:41

　　基于強(qiáng)度折減極限有限元法,建立直立形、傾斜形和曲面形3種掌子面形狀的模型。針對(duì)不同傾角的斜井模型,研究網(wǎng)格多少以及局部加密自適應(yīng)網(wǎng)格對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,分析掌子面安全系數(shù)與破壞形狀之間的關(guān)系,并將安全系數(shù)同有限元分析作對(duì)比。研究結(jié)果表明:網(wǎng)格越精細(xì),安全系數(shù)越低;曲面形掌子面的穩(wěn)定系數(shù)小于直立形式的,直立形式的小于傾斜形式的;掌子面越傾斜,越穩(wěn)定,類(lèi)似于起到核心土的作用;掌子面底部與拱頂存在次應(yīng)變集中帶,隧道在縱斷面上存在分區(qū)破壞;當(dāng)掌子面形狀為微橢圓形時(shí),其穩(wěn)定性略有提高,但隨著橢圓度增大,安全系數(shù)降低,實(shí)際施工中,橢圓度不宜控制,建議有條件下可采用斜掌子面;斜井傾角越大,掌子面穩(wěn)定性越低,所以大傾角斜井與大反坡隧道施工,更要采取措施控制掌子面的穩(wěn)定;低黏聚力的破碎圍巖,應(yīng)通過(guò)注漿等措施,改善圍巖力學(xué)參數(shù),提高掌子面穩(wěn)定性。

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【部分圖文】：

圖1掌子面不同形式與斜井掌子面

不同掌子面形式見(jiàn)圖1，網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖2，圍巖參數(shù)見(jiàn)表1所示，本構(gòu)關(guān)系為Mohr-Coulomb，模型邊界為左右水平約束，底部為豎向約束，頂面為自由表面，隧道襯砌段為約束段，掌子面為自由面。注，圖1(b)中，本文用L表示掌子面傾斜程度，建立了4種工況：1,2,3和4m,L值越大，表....

圖2網(wǎng)格劃分

強(qiáng)度折減法原理是對(duì)圍巖的力學(xué)參數(shù)摩擦角與黏聚力進(jìn)行折減；對(duì)于常規(guī)有限元強(qiáng)度折減法，本文是以不收斂作為判定依據(jù)的；對(duì)于極限分析有限元強(qiáng)度折減，是以強(qiáng)度折減到開(kāi)挖面的支護(hù)力為0的相應(yīng)折減系數(shù)作為安全系數(shù)。2網(wǎng)格對(duì)計(jì)算結(jié)果影響分析

圖3不同網(wǎng)格數(shù)對(duì)安全系數(shù)影響

均勻網(wǎng)格劃分的網(wǎng)格數(shù)對(duì)安全系數(shù)的影響見(jiàn)圖3(a)，局部加密網(wǎng)格數(shù)的影響見(jiàn)圖3(b)：對(duì)于均勻網(wǎng)格，需要更多的單元數(shù)才能達(dá)到計(jì)算的安全系數(shù)不變，而局部加密網(wǎng)格在相對(duì)較少的單元數(shù)下就能使得結(jié)果穩(wěn)定，如局部加密網(wǎng)格是5000，而均勻網(wǎng)格要10萬(wàn)個(gè)才可以。3不同計(jì)算方法對(duì)比

圖4不同方法計(jì)算對(duì)比

見(jiàn)圖4：下限法(LOW-FEM)的安全系數(shù)最低，上限有限元法(UP-FEM)在中間，而采用常規(guī)有限元(FEM-SRM)進(jìn)行強(qiáng)度折減所得安全系數(shù)最大，上限法居中，而下限法最小，這可能與計(jì)算的準(zhǔn)則有關(guān)；若以上限法為基準(zhǔn)，則各方法計(jì)算誤差在2%～10%之間，誤差不大；用強(qiáng)度折減有限元獲....

本文編號(hào)：3992006